Настоящий протокол описывает методы добавления липидов в жидких и пластинчатых культурах для Caenorhabditis elegans в сочетании с продольными исследованиями и анализом транскрипции генов из объемных или нескольких червей и тканей червей.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
* These authors contributed equally
Настоящий протокол описывает методы добавления липидов в жидких и пластинчатых культурах для Caenorhabditis elegans в сочетании с продольными исследованиями и анализом транскрипции генов из объемных или нескольких червей и тканей червей.
Старение является сложным процессом, характеризующимся прогрессирующими физиологическими изменениями, возникающими в результате как экологического, так и генетического вклада. Липиды имеют решающее значение для создания структурных компонентов клеточных мембран, хранения энергии и в качестве сигнальных молекул. Регуляция липидного обмена и передачи сигналов необходима для активации различных путей долголетия. Круглый червь Caenorhabditis elegans является отличным и мощным организмом для препарирования вклада липидного обмена и передачи сигналов в регуляцию долголетия. Многочисленные исследования описывали, как пищевые добавки специфических молекул липидов могут продлить продолжительность жизни C. elegans ; однако незначительные различия в условиях приема добавок могут вызвать проблемы воспроизводимости у ученых в разных лабораториях. Здесь сообщается о двух подробных методах добавок для C. elegans, использующих липидные добавки либо с бактериями, посеянными на пластинах, либо с бактериальной суспензией в жидкой культуре. Также в настоящем описании приведены сведения для выполнения анализов продолжительности жизни с пожизненным приемом липидных добавок и qRT-PCR-анализа с использованием целого лизата червя или рассеченных тканей, полученных от нескольких червей. Используя комбинацию продольных исследований и транскрипционных исследований при приеме липидных добавок, анализы кормления обеспечивают надежные подходы к анализу того, как липиды влияют на долголетие и здоровое старение. Эта методология также может быть адаптирована для различных подходов к скринингу питания для оценки изменений в подмножестве транскриптов с использованием либо небольшого количества рассеченных тканей, либо нескольких животных.
Липидов
Липиды представляют собой небольшие гидрофобные или амфипатические молекулы, растворимые в органических растворителях, но нерастворимые в воде 1,2. Различные липидные молекулы дифференцируются друг от друга на основе количества атомов углерода, содержащихся в их цепях, расположения, количества двойных связей и связанных структур, включая глицерин или фосфаты. Липиды играют решающую роль внутри и между отдельными клетками для регулирования функций организма, включая создание мембранных бислоев, обеспечение накопления энергии и действие в качестве сигнальных молекул 3,4.
Во-первых, липиды являются структурными компонентами биологических мембран, включая плазматическую мембрану и внутриклеточные субклеточные мембраны, которые отделяют внутренние компартменты от внеклеточной среды. Во-вторых, липиды являются основной формой накопления энергии у позвоночных и беспозвоночных животных. Нейтральные липиды, в том числе триацилглицерины, хранятся в течение длительного периода в различных тканях, в том числе в жировой ткани. У нематоды Caenorhabditis elegans кишечник является основным метаболическим органом хранения жира; его функция заключается не только в переваривании и усвоении питательных веществ, но и в процессе детоксикации, что напоминает активность гепатоцитов млекопитающих. Другие жиросохраняющие ткани включают зародышевую линию, в которой липиды необходимы для развития ооцитов, и гиподерму, которая состоит из кожистых клеток эпидермиса 3,5. В-третьих, в последние годы появилось больше доказательств того, что липиды являются мощными сигнальными молекулами, участвующими во внутри- и внеклеточной сигнализации, непосредственно воздействуя на различные рецепторы, включая рецепторы, связанные с G-белком, и ядерные рецепторы, или косвенно через модуляцию текучести мембраны или посттрансляционные модификации 6,7,8,9 . Дальнейшие исследования будут продолжать выяснять основные молекулярные механизмы передачи липидных сигналов в целях содействия долголетию и здоровью.
Модельные организмы важны для решения конкретных биологических вопросов, которые слишком сложны для изучения на людях. Например, круглый червь C. elegans является отличной моделью для проведения генетического анализа для препарирования биологических процессов, имеющих отношение к питанию человека и болезням10. Высоко консервативные молекулярные пути, относящиеся к физиологии человека, сложным тканям, поведенческим паттернам и обильным инструментам генетических манипуляций делают C. elegans замечательным модельным организмом11. Например, C. elegans отлично справляется с передачей генетических скринингов для идентификации генов, специфичных для фенотипа, а также в геномных обратных генетических скринингах с помощью РНК-интерференции12.
В лабораториях нематоды выращивают на агаровых пластинах Петри, засеянных газоном бактерий Escherichia coli, обеспечивающих макроэлементы, такие как белки, углеводы, насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты в качестве источников энергии и строительных блоков, а также микроэлементы, такие как кофакторы и витамины13. Подобно млекопитающим, нематоды синтезируют молекулы жирных кислот как из пальмитиновой кислоты, так и из стеариновой кислоты (насыщенные 16-углеродные и 18-углеродные молекулы соответственно), которые последовательно денасыщены и удлинены до различных мононенасыщенных жирных кислот (MUFA) и полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК)14,15,16,17,18. Интересно, что C. elegans способен de novo синтезировать все необходимые жирные кислоты и основные ферменты, участвующие в биосинтезе жирных кислот, десатурации и удлинении, облегчая синтез длинноцепочечных ПНЖК19. В отличие от других видов животных, C. elegans может превращать 18-углеродные и 20-углеродные ω-6 жирные кислоты в ω-3 жирные кислоты с помощью собственных ферментов ω-3 десатуразы. Кроме того, черви обладают Δ12 десатуразой, которая катализирует образование линолевой кислоты (LA) из олеиновой кислоты (OA, 18: 1) 20,21. Большинство животных или растений испытывают недостаток как Δ12, так и ω-3 десатураз и, таким образом, полагаются на диетическое потребление ω-6 и ω-3 для получения своих ПНЖК, тогда как C. elegans не требует диетических жирных кислот22. Изолированные мутанты, лишенные функциональных ферментов десатуразы, использовались для изучения функций конкретных жирных кислот в различных биологических процессах, включая размножение, рост, долголетие и нейротрансмиссию. Влияние отдельных жирных кислот на конкретные биологические пути может быть рассмотрено с использованием как генетического подхода, так и пищевых добавок 16,17,23. На сегодняшний день исследования липидов сосредоточены на характеристике генов, участвующих в синтезе, деградации, хранении и разрушении липидов в неврологических условиях и условиях развития24. Однако роль липидов в регуляции долголетия только начинает раскрываться.
Липидная сигнализация в регуляции долголетия
Липиды играют решающую роль в регуляции долголетия, активируя клеточные сигнальные каскады в различных тканях и типах клеток. Недавние исследования подчеркнули активную роль липидов в модуляции транскрипции и клеточно-клеточной коммуникации через липидсвязывающие белки или распознавание мембранных рецепторов25. Кроме того, диетические липидные добавки предлагают отличный инструмент для анализа того, как липидный обмен влияет на продолжительность жизни у C. elegans. Было показано, что различные МУФА и ПНЖК способствуют долголетию путем активации факторов транскрипции26,27.
Модели долголетия, включая передачу сигналов инсулина / ИФР-1 и абляцию клеток-предшественников зародышевой линии, связаны с путем биосинтеза MUFA, и добавки MUFA, включая олеиновую кислоту, пальмитолеиновую кислоту и цис-вацценовую кислоту, достаточны для продления продолжительности жизни C. elegans 26. Хотя эффект долголетия, предоставляемый введением MUFA, требует дальнейшего изучения, основной механизм, вероятно, будет опосредован фактором транскрипции SKN-1 / Nrf2, который является ключевым активатором реакции на окислительный стресс и регуляции долголетия28,29. Среди MUFAs определенный класс жирных ацилэтаноламидов, называемых N-ацилэтаноламинами (NAE), играет решающую роль в различных механизмах, включая воспаление, аллергию, обучение, память и энергетический метаболизм30. В частности, липидная молекула, известная как олеоилэтаноламид (OEA), была идентифицирована как положительный регулятор долголетия, способствуя транслокации липидсвязывающего белка 8 (LBP-8) в ядро для активации рецепторов ядерного гормона NHR-49 и NHR-807. Добавление аналога OEA KDS-5104 является достаточным для продления продолжительности жизни и индуцирует экспрессию генов, участвующих в реакциях окислительного стресса и митохондриальной β окислении 7,8.
В то же время роль ПНЖК также связана с регулированием продолжительности жизни. Введение ПНЖК ω-3 жирных кислот α-линоленовой кислоты (ALA) способствует долголетию путем активации факторов транскрипции NHR-49/PPARα, SKN-1/NRF и индуцирования митохондриального β-окисления31. Интересно, что перекисные продукты ALA, называемые оксилипинами, активируют SKN-1 / NRF, предполагая, что как ПНЖК, так и их окислительные производные могут придавать преимущества долголетия23. Добавление ω-6 жирных кислот арахидоновой кислоты (АА) и дигомо-γ-линоленовой кислоты (DGLA) продлевает продолжительность жизни за счет активации аутофагии, способствуя контролю качества белка и приводя к деградации расточительных и токсичных белковых агрегатов27,32. Совсем недавно было показано, что клеточная неавтономная сигнальная регуляция, опосредованная липид-связывающим белком 3 (LBP-3) и DGLA, имеет решающее значение для содействия долголетию путем отправки периферических сигналов нейронам, предполагая долгосрочную роль липидных молекул в межткановой коммуникации на системных уровнях33. В настоящем исследовании сообщается о каждом шаге для выполнения липидных добавок с бактериями, посеянными на пластинах или бактериальной суспензией в жидкой культуре. Эти методологии используются для оценки продолжительности жизни и транскрипционного анализа, используя содержимое всего тела или рассеченные ткани, полученные от нескольких червей. Следующие методы могут быть адаптированы к различным исследованиям в области питания и предлагают действительный инструмент для анализа того, как липидный обмен влияет на долголетие и здоровое старение.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
На рисунке 1 показана схема кормления липидами с использованием различных экспериментальных установок.
1. Получение липидных бактерий
2. Подготовка синхронизированных C. elegans для липидных добавок
3. Липидные добавки для C. elegans
4. Извлечение РНК для транскрипционного анализа
5. Обратная транскрипция и qRT-ПЦР
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Валидация транскрипционных изменений с использованием нескольких целых червей при приеме липидных добавок
Чтобы исследовать, является ли протокол извлечения и ретротранскрибирования РНК в кДНК от нескольких целых червей воспроизводимым и сопоставимым с данными объемных червей, долгоживущий штамм червя, чрезмерно экспрессирующий лизосомальную кислоту липазы lipl-4 в кишечнике, был использован 7,8,33,35.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Липидные добавки были использованы в исследованиях старения, чтобы прояснить прямое влияние некоторых видов липидов на здоровое старение 6,7,23,26,27,31. Тем не менее, процедура добавления липидов может быть сложной, и любое несоответствие между экспериментами может привести к невоспроизводимым результатам. Здесь задокументи...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
У авторов нет конфликта интересов.
Благодарим. Свая за техническую поддержку. Эта работа была поддержана грантами NIH R01AG045183 (MCW), R01AT009050 (MCW), R01AG062257 (MCW), DP1DK113644 (MCW), March of Dimes Foundation (MCW), Welch Foundation (MCW), HHMI investigator (M.C.W.) и NIH T32 ES027801 pre-doctoral student fellow (M.S.). Некоторые штаммы были предоставлены CGC, который финансируется Управлением исследовательских инфраструктурных программ NIH (P40 OD010440).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 1,5 мл Pestle | Genesee Scientific | 93-165P15 | Для измельчения червей с помощью тризола |
| Агарозы | Sigma | A9639-500G | |
| AmfiRivert cDNA Synthesis Platinum Master Mix | GenDEPOT | R5600 | Для обратной транскрипции из объемных образцов червей |
| Applied Biosystems QuanStudio 3 Real-Time PCR | ThermoFisher | A28567 | Для qRT-PCR |
| Benchmark Scientific StripSpin 12 Микроцентрифуга | Benchmark Scientific | C1248 | Для пробирок для ПЦР |
| Branson 450 Digital Sonifier, с наконечником 1/8" | Branson Ultrasonic Corporation | 100-132-888R | |
| Хлороформ | Fisher Scientific | C298-500 | |
| Холестерин | Sigma | C8503-25G | |
| Диметилсульфоксид (ДМСО) | Sigma | D8418-100ML | |
| Eppendorf 5424 R центрифуга | Eppendorf | 22620444R | Для экстракции РНК |
| Eppendorf vapo protect mastercycler pro | Eppendorf | 950030010 | Для обратной транскрипции |
| Этанол, абсолютный (200 пруф) | Fisher Scientific | BP2818-500 | |
| Greiner Bio-One CELLSTAR, 12 Вт пластина | Neta Scientific | 665180 | 12-луночный Тарелки для кормления |
| Greiner Bio-One Чашка Петри, Ps, 100 x 20 мм | Neta Scientific | 664161 | Для бактериальных пластин LB и червя 10-см NGM тарелки |
| Greiner Bio-One Petri, Ps, 60 x 15 мм | Neta Scientific | 628161 | Для червей6-см NGM пластины |
| Invitrogen без нуклеазы воды | ThermoFisher | AM9937 | |
| Isoproanol | Sigma | PX1835-2 | |
| Левамизола гидрохлорид | VWR | SPCML1054 | |
| lipl-4Tg | MCW Lab | N/A | Transgenic C. elegans |
| >lipl-4Tg; fat-3(wa22) | MCW Lab | N/A | Трансгенный C. elegans |
| Luria Brath Base | ThermoFisher | 12795-084 | |
| Сульфат магния (MgSO4) | Sigma | M2643-500G | |
| MicroAmp EnduraPlate Optical 96-луночный быстрый прозрачный реакционный планшет со штрих-кодом | ThermoFisher | 4483354 | 96-луночный планшет |
| для количественной ПЦРОптическая адгезивная пленка MicroAmp | Прикладная биосистема | 4311971 | Для герметизации 96-луночного кПЦР-планшета |
| Milli-Q Advantage A10 Система очистки воды Sigma | Z00Q0V0WW | деионизированной воды используется для изготовления всех реагентов, включая буферные и культуральные среды, если не указано как безнуклеазная вода в протоколе | |
| N2 | Caenorhabditis Genetics | Center N/A | C. elegans wild isolate |
| Спектрофотометр NanoDrop ND-1000 | ThermoFisher | N/A | Для измерения концентрации РНК |
| OP50 | Caenorhabditis Genetics Center | N/A | Бактерии, используемые в качестве C. elegans пищевой |
| диосновной тригидрат фосфата Potasium (K2HPO4· 3H2O) | Sigma | P5504-1KG | |
| Одноосновной фосфат потазия (KH2PO4) | Sigma | P0662-2.5KG | |
| Power SYBR Green cells-to-Ct набор | ThermoFisher | 4402953 | Для обратной транскрипции и количественной ПЦР из нескольких червей или ткани |
| червей Power SYBR Green Master Mix | ThermoFisher | 4367659 | для qPCR из образцов червей |
| Pure Bright germicidal ultra bleach | ООО «КИК Интернешнл». | 59647210143 | 6% домашний отбеливатель Для приготовления яиц червей |
| Pyrex spot plate с девятью углублениями | Sigma | CLS722085-18EA | Часовое стекло для вскрытия червей |
| РНКазаZap РНКаза Раствор для обеззараживания | ThermoFisher | AM9780 | |
| Хлорид натрия (NaCl) | Sigma | S7653-1KG | |
| Гидроксид натрия (NaOH) | Sigma | SX0590-3 | |
| Двухосновной гептагидрат фосфата натрия (Na2HPO4· 7H2O) | Sigma | S9390-1KG | |
| Thermo Sorvall Legend Mach 1.6R Центрифуга | Thermo | 7500-4337 | Для сбора бактерий |
| Thermo Sorvall ST 8 центрифуга | Thermo | 7500-7200 | Для приготовления яиц червей |
| Реагент ТРИзол | TheroFisher | 15596018 | реактив для экстракции РНК |
| Турбо набор без ДНК | ThermoFisher | AM1907 | Для удаления загрязнения ДНК при экстракции РНК |
| Vortexer 59 | Denville Scientific INV | S7030 | |
| VWR Одноразовые миксеры для пеллет и аккумуляторный двигатель | VWR | 47747-370 | Для измельчения червей с тризолом |
| VWR Kinetic Energy 26 Дж Мини-центрифуга C1413 V-115 | VWR | N/A | Для сбора червей. Снята с производства модель, аналогичная доступна на VWR с Cat# 76269-064 |
| Червячный подборщик | WormStuff | 59-AWP |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.